超短基线升降装置设计与研究

摘要

21世纪是海洋的世纪,海洋探测是首要解决的问题。超短基线(USBL)是一种水下定位探测技术,在目前普遍应用于海洋开发探测等方面,主要功能是,用于确定ADS、ROV、潜水员以及水下其他载体的精确位置。超短基线升降装置是超短基线应用技术的重要组成部分,其工作的可靠性和精度决定着超短基线定位系统测量的准确性。
　　目前,国外超短基线技术相对成熟,配套设施完善,精度较高在1％左右。我国伴随着这些年对海洋事业的重视,也取得了一系列成果,特别是哈尔滨工程大学在国家863项目支持下取得了显著的成果,研发出我国具有自主产权的超短基线定位系统。然而相关配套设备,尤其是其船铠升降装置的研究却止步不前,未能达到国产化要求。
　　本文在考察了国外超短基线升降装置特点的基础上,针对大洋一号船体,提出了一种新型的超短基线升降装置的设计方案。详细介绍了该装置的设计思路、整体结构、主要部件工作原理及仿真分析和实验情况。该装置采用双出轴多排链结构进行动力传递;采用高精度直线导轨进行主轴导向和定位;采用大型自密封滑动轴承使运转安全可靠;采用电气控制装置运行稳定。最后,试制成功第一台具有完全自产权的超短基线升降装置,并进行了性能测试,结果表明,本设计方案切实可行,完全满足并在某些功能的实现上超出设计要求。
　　本设计先在三维设计软件Pro/E4.0上完成初始三维建模和装配工作。之后利用Pro/E的运动仿真模块分析竖杆的运动合理性,并根据分析结果对模型进行修改。之后对装置关键零部件及连接件进行设计计算,求得在设计要求下竖杆的最佳尺寸规格,结果得出后,以此为依据对升降装置的其他零部件进行详细设计。然后利用有限元分析软件ANSYS workbench对所设计的升降平台各零部件进行有限元分析校核,根据分析结果修正部分零部件。最后,试制成功第一台国产化的超短基线升降装置,陆上模拟试验证明,该设备的性能可靠,维修保养方便。实践证明,该设计方案定位精度的提升有利于提升超短基线整体系统定位精度。

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1 绪论

1.1 课题背景

1.2 研究目的和意义

1.3 设计要求

1.4 技术难点与本文主要内容

2 整体方案设计

2.1 主要传动形式的选择和比较

2.2 定位方案的选择和比较

2.3 控制电路设计

2.4 测试方案的拟定

2.5 升降装置综述

2.6 本章小结

3 关键零部件设计计算及有限元分析

3.1 关键部件的参数选择与计算

3.2 竖杆的设计

3.3 主要零部件的有限元分析

3.4 本章小结

4 升降装置的运动仿真

4.1 Pro/E简介

4.2 Pro/E的运动仿真模块

4.3 升降装置运动仿真分析

4.4 本章小结

5 实验测试与结果分析

5.1 整体机械升降系统测试

5.2 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

参考文献

致谢

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